某工厂车间低压配电系统及变电所设计-secret

红河学院 课 程 设 计 课 程 工厂供电 题 目 某厂的车间变电所及低压配电系统设计 院 系 工学院 学生姓名 陈文勐 学生学号 3 指导教师 雷竞业 1 一 设计任务书 1 1 设计题目 某厂的车间变电所及低压配电所系统设计 1 21 2 设计要求设计要求 要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况 并适当考虑到 工厂生产的发展 按照安全可靠 技术先进 经济合理的要求 确定配电所及 车间变电所的位置与型式 选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线 确 定车间变电所主变压器的台数与容量 类型 确定防雷和接地装置 最后按要 求写出设计说明书 绘出设计图样 1 31 3 设计任务设计任务 设计内容包括 负荷计算及无功功率补偿计算 高压配电所所址的选 择 配电所主接线方案的选择 车间变压器位置 台数和容量的确定 高 低压配电线路及导线截面的选择 短路计算和开关设备的选择 保护配置 及整定计算 防雷保护与接地装置设计等 二 负荷计算 一 车间的负荷计一 车间的负荷计算及无功功率补偿算及无功功率补偿 1 车间的负荷计算 1 车间设备组 1 负荷计算见表 1 1 表 1 2 冷镦车间设备组 2 的负荷计算表 计算负荷 设 备 代 号 台 数 单台 容量 kw 总 容 量 kw 需 要 系 数 Kd cos tan 30P kw 30Q kvar 30S AkV 30I A 45桥式吊 车 218 737 40 150 51 734 328 59 312 6 46梁式吊 车 18 28 20 150 51 732 523 34 48 2 小计45 60 150 51 736 8411 813 720 8 表 1 3 工具 机修车间的负荷统计表 计算负荷序 号 车间名 称 供电回路 代号 设备容 量 kW kW 30P kvar 30Q kVA 30S A 30I 1工具车No 1 供电4714 116 521 732 9 2 回路 No 2 供电 回路 5616 819 725 939 4 No 3 供电 回路 4212 614 719 429 5 间 No 4 供电 回路 3510 512 316 224 6 2机修车 间 No 5 供电 回路 15037 543 957 787 7 小计1805463 283 2126 4 4 车间设备总负荷统计见表 1 4 表 1 4 冷镦车间总的负荷统计表 计算负荷用电单 位名称 设 备 容 量 需 要 系 数 cos tan 30P kW 30Q kvar 30S kVA A 30I 设备组 1341 70 20 51 73268 3464 3536 7815 4 设备组 45 60 1 5 0 51 736 8411 8313 6820 8 工具车 间 1805463 283 2126 4 机修车 间 15037 543 957 787 7 1717 3366 64583 23691 281050 3总计 取 0 90 0 95pK qK 330 0554 0644 8979 7 2 无功功率补偿 1 补偿前的变压器低压侧的视在计算负荷为 kVAS 8 644 554330 22 1 30 因此未进行无功补偿时 主变压器容量应选为了 1000 kV A 这时变电所 低压侧的功率因数为 51 0 8 644330cos 2 2 无功补偿容量按规定 变电所高压侧的 考虑到变压器本身9 0cos 的无功功率损耗远大于其有功功率损耗 一般 因此TQ TP TTPQ 5 4 在变压器低压侧进行无功补偿时 低压侧补偿后的功率因数应略高于 0 90 这 里取 要使低压侧功率因数由 0 51 提高到 0 92 低压侧需装设的92 0 cos 并联电容器容量为 3 var416var 92 0 tan arccos 51 0 s tan arcco33092 0 cos kkQc 取 var417kQc 3 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 kVAkVAS357 417544 330 22 2 30 变压器的功率损耗为 kWkVASPT4 5357015 0 015 0 2 30 var 4 2135706 0 06 0 2 30kkVASQT 变电所高压侧的计算负荷为 kWkWkWP 4 3354 5330 1 30 var 4 158var 4 21var 417554 1 30kkkQ kVAS371 4 158 4 335 22 1 30 补偿后工厂的功率因数为 904 0 371 4 335cos 1 30 1 30 SP 4 车间变电所负荷计算 见表 1 5 表 1 5 车间变电所负荷计算表 计算负荷 序 号 车间 名称 需要系 数 设备容 量 kW kW 30P kvar 30Q kVA 30S A 30I 1设备 组 1 0 21341 72268 3464 3518 6828 4 2设备 组 2 0 1545 66 8411 8315 4821 34 3工具 车间 1805463 250 2252 3 4机修 车间 15037 543 960 577 66 总计1717 32330554644 8979 7 380V 侧补偿前负荷330330554644 8979 7 380V 侧无功补偿容量235235417512 6735 2 380V 侧补偿后负荷330330137357543 变压器功率损耗5 45 421 485125 10kV 侧负荷总计335 4335 4158 437121 4 二 确定车间变电所主变压器型式 容量和数及主接线方案二 确定车间变电所主变压器型式 容量和数及主接线方案 1 确定车间变电所主变压器型式 4 在选择变压器时 应选用低损耗节能型变压器 如 S9 系列或 S10 系列 高损 耗变压器已被淘汰 不再采用 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的 场所 应选择密闭型变压器或防腐型变压器 供电系统中没有特殊要求和民用 建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器 S9 S10 M S11 S11 M 等 对于高层建筑 地下建筑 发电厂 化工等单位对消防要求较高的场所 宜 采用干式电力变压器 SC SCZ SG3 SG10 SC6 等 对电网电压波动较 大的 为改善电能质量应采用有载调压电力变压器 SZ7 SFSZ SGZ3 等 本设计选择 S9 系列三相油浸自冷电力变压器 2 总降压变电所主变压器台数和容量的确定 车间变电所变压器台数和容量确定原则和总降压变电所基本相同 即首 先保证电能质量的要求下 最大限度减少投资 运行费用和有色金属耗用量 车间变电所变压器台数选择原则 对于二 三级负荷 变电所只设置一 台变压器 其容量可根据计算负荷决定 可以考虑从其他车间的低压线路取得 备用电源 这不仅在故障下可以对重要的二级负荷供电 而且在负荷极不均匀 的轻负荷时 也能使供电系统达到经济运行 对一 二级负荷较大的车间 采 用两回独立进线 设置两台变压器 其容量确定和总降压变电所相同 当负荷 分散时 可设置两个各有一台变压器的变电所 车间变电所中 单台变压器容 量不宜超过 1000kVA 根据本设计属三级负荷 选择一台变压器 经计算 kVASN520 427371 4 1 15 1 变压器容量选择 630kVA 综上变压器选择 S9 630 10 变压器参数见表 3 1 表 3 1 变压器参数表 额定电压 kV损耗 W额定容 量 kVA 一次二次 联结组 标号 空载负载 空载 电流 阻抗 电压 价 格 630100 4Yyn0120062000 94 574700 3 变电所主接线方案 变电所的主结线 应根据变配电所在供电系统中的地位 进出线回路数 设备特点及负荷性质等条件确定 并应满足安全 可靠 灵活和经济等要求 按上面两种主变压器的方案可设计两种主结线方案 5 两种主结线方案的比较见表 3 2 表 3 2 两种主接线方案的比较 比较项目装设一台主变压器的方 案 装设两台主变压器的方案 供电安全性满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 供电质量由于一台主变 电压损 耗略大 由于两台主变并列 电压损 耗略小 灵活方便性只一台主变 灵活性稍 差 由于有两台主变 灵活性较 好 技 术 指 标 扩建适应性稍差一些更好一些 电力变压器 的综合投资 额 查表得 S9 630 10 单 价为 7 47 万元 查表得 变压器综合投资约为其 单价的 2 倍 因此其综 合投资为万元47 7 2 14 94 万 查表得 S 315 10 单价为 4 3 万元 因此两台综合投资 为 17 2 万元 比一台3 44 主变方案多投资 2 26 万 高压开关柜 的综合比较 查表得 GG 1A F 型柜按每台 3 5 万元计 查表得其综合投资按设 备价 1 5 倍计 因此其综 合投资约为万5 35 14 元 21 万元 本方案采用 6 台 GG 1A F 柜 其综合投资约为 6 1 5 3 5 31 5 万元 比一台 主变的方案多投资 10 5 万元 电力变压器 和高压开关 柜的年运行 费 查表计算 主变和高压 开关柜的折旧和维修管 理费每年为 4 89 万元 主变和高压开关柜的折旧费 和维修管理费每年为 7 067 万 元 比 1 台主变压器的方案 多耗 2 177 万元 经 济 指 标 交供电部门 的一次性供 电贴费 按 800 元 kVA 计 贴费 为万元 50 408 0 630 万元 贴费为 2 315 0 08 万元 50 4 万元 和一台主变压器相同 从上表可以看出 按技术指标 装设两台主变的主结线方案略优于装设一 台主变的主接线方案 但按经济指标 则装设一台主变的方案远优于装设两台 主变的方案 因此决定采用装设一台主变的方案 主结线对变电所设备选择和布置 运行的可靠性和经济性 继电保护和控 制方式都有密切关系 是供电设计中的重要环节 供配电系统变电所常用的主 接线基本形式有线路 变压器组接线 单母线接线和桥式接线 3 种类型 线路 变压器组接线 单母线接线 桥式接线 本设计采用一次侧为线路变压器组接线 二次侧为单母线不分段接线 四 短路计算 并选择一次设备四 短路计算 并选择一次设备 6 1 短路计算 1 确定基准值 采用标幺制法进行三相短路计算 基准值取 S 100 MV A U 10 5 kV U 0 4 kV d1c2c 确定基准值 由 S 100 MV A U 10 5 kV U 0 4 kV d1c2c kA AMV U S I c d d5 5 5 103 100 31 1 kA AMV U S I c d d144 4 03 100 32 2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统的电抗标幺值 由表查得 因此 0 5AMVSoc 200 1 X AMV AMV 200 100 电缆线路的电抗标幺值 由表 3 1 查得 因此 08 0 0kmX 电力变压器的电抗标幺值 查表得 因此 X 7 945 kU 3 AkV AMV 630100 1005 AkV AkV 630100 101005 3 绘短路等效电路图如图 4 1 所示 图上标出各元件的序号和电抗标幺值 并标明短路计算点 1 0 015 1 7 94 1 0 5 K1K2 图图图图图 图 4 1 短路等效图 点三相短路时的短路电流和容量的计算1K 计算短路回路总阻抗标幺值 515 0 015 0 5 0 2 1 1 XXXK 7 计算点所在电压级的基准电流1K kA U S I d d d5 5 5 103 100 32 2 计算短路电流各值1K 942 1 515 0 11 1 1 K K X I kAIIIkdk681 10942 1 5 5121 kVAIiKKsh236 27681 1052 2 52 2 11 kVAIIKKsh235 16681 1052 1 52 1 11 MVA X S S K d K 5 51 942 1 100 1 1 计算点三相短路时的短路电流2K 计算短路回路总阻抗标幺值 455 8 94 7 515 0 3 1 2 XXXKK 计算点所在电压级的基准电流1K kA U S I d d d 3 144 43 100 33 3 计算短路电流各值1K 118 0 455 8 11 2 2 K K X I kAIIIKdK027 17118 0 3 144 232 kAIiKKsh329 31027 1784 1 84 1 22 kVAIIKKsh559 18027 1709 1 09 1 22 MVA X S S K d K 8 11 455 8 100 2 2 计算结果列表 4 1 表 4 1 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流 kA 短路计算点 KI shishI 电压 kV 三相短路容量 MV A kS 1K10 6827 2416 2410 551 5 2K17 0331 3318 560 411 8 8 2 一次设备的选择 1 10kV 侧一次设备的选择 高压开关柜的选择 高压开关柜是成套设备 柜内有断路器 隔离开关 互感器设备等 选择开关柜的型号 主要根据负荷等级选择开关柜的型号 一般一 二级负荷选择移开式开关 柜 如 型开关柜 三级负荷选择固定式开关柜 102 KYN102 JYN351 JYN 如 型开关柜 10 KGN 1FAGG 本设计属三级负荷 选型开关柜 1FAGG 选择开关柜回路方案号 本设计是电缆进线 因此选择回路方案号 07 计量柜选型 方案号 03 1JAGG 2 一次设备的校验 10kV 侧一次设备的校验 装设地点条件见表 4 2 表 4 2 装设地点条件 选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度 参数 NU30IkIshiimaktI 装设地 点条件 数据10kV57 7A10 68kA27 24kA114 高压断路器的校验 安装设地点额定电压和额定电流选择断路器 SN10 10 630 动稳定校验 满足要求 kAi40max Aish24 27 shii max 热稳定校验 满足要求 2560 1162 2 tIt114 2 tIkimakttItI 2 断流能力校验 满足要求 kAIk68 10 kAIoc40 kocII 高压隔离开关 安装设地点额定电压和额定电流选择 高压隔离开关选 GN8 10 200 和 GN6 10 200 经校验 满足要求 高压熔断器 安装设地点额定电压和额定电流选择 高压熔断器选 RN2 10 经校验 满 足要求 表 4 3 10kV 侧一次设备参数表 9 主要技术参数电气设备名称型号 kV NU ANI kAocI 其它 高压断路器 SN10 10 1063016 高压隔离开关GN8 1010200 高压熔断器RN2 10100 550 电流互感器LQJ 1010100 5 电压互感器JDZJ 10 kV 3 1 0 3 1 0 3 10 避雷器FS4 1010 柜外形尺寸 长 宽 高 1200mm 1200mm 3100mm 电压互感器 安装设地点额定电压选择 电压互感器选择 JDZJ 10 经校验满足要求 电流互感器 安装设地点额定电压和额定电流选择 电压互感器选择 LQJ 10 经校验满 足要求 10kV 侧一次设备参数见表 4 3 表 4 4 装设地点条件 选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度 参数 NU30IkIshiimaktI 装设地 点条件 数据380V543A17 03kA31 33kA2037 003 17 2 380 侧一次设备的校验 装设地点条件见表 4 4 低压断路器的校验 安装设地点额定电压和额定电流选择低压断路器 DW15 1000 3 电动 断流能力校验 满足要求 kAIk03 17 kAIoc40 kocII 380V 侧一次设备的参数见表 4 5 表 4 5 380V 侧一次设备的参数表 主要技术参数电气设备名 称 型号 V NU ANI kAocI 其它 低压断路器DW15 1000 3 电 动 3801000500 低压断路器DZ20 630380630A450 10 低压断路器DZ20 200380200A210 低压刀开关HD13 1500 3038015001300 电流互感器LMZJ1 0 55001500 5A1300 5 外形尺寸 长 宽 高 600mm 600mm 2200mm 高低压母线的选择 按经济截面选择 铝母线的经济电流密度为 1 15 ec c ec j I S 式中 为经济电流密度 为母线经济截面 为汇集到母线上的计ecjecScI 算电流 10kV 母线按经济截面选择 2 50 15 1 7 57 mm j I S ec c ec 参照常用硬铝母线尺寸表母线选 即母线尺寸为kV10 440 3 LMY 40mm 4mm 380V 母线按经济截面选择 2 472 15 1 543 mm j I S ec c ec 表 4 6 10kV 变电所高低压 LMY 型硬铝母线的常用尺寸表 mm 变压器容量20 0 25 0 31 5 40 0 500630800100012501600 高压母线40 4 相母线40 450 5 60 6 80 680 8100 8 120 10 2 10 0 10 2 12 0 10 低 压 母 线 中性母线40 450 560 680 680 880 10 参照常用硬铝母线尺寸表 80V 侧母线选 即相母线550 880 3 LMY 尺寸为 80mm 8mm 中性母线尺寸为 50mm 5mm 10kV 变电所高低压 LMY 型硬铝母线尺寸见表 4 6 母线的短路稳定度校验 动稳定校验 cal 式中 母线材料的最大允许应力 硬铜 硬铝al aalMP140 母线通过时所受到最大计算应力 aalMP70 c shi 上述最大计算应力按下式计算 W M c 11 热稳定校验条件 C t IAA ima min 式中 母线截面积A 满足短路热稳定条件的最小截面积 minA 母线材料的热稳定系数 C 母线通过的三相短路稳态电流 I 10kV 侧母线的校验 动稳定校验 三相短路电动力 N a l iKFshfc47110 3 0 1 1 1024 27 1732 1 103 7 23 72 Nm lF M c 8 51 10 1 1471 10 36 22 1008 2 6 005 0 05 0 6 m hb W MPPa W M c 9 2410 9 24 1008 2 8 51 6 6 caalMP 70 故母线满足动稳定要求 母线热稳定校验 23 min134 87 2 1 1068 10mm C t IA ima 母线实际截面为 min 2 160440SmmS 故母线也满足热稳定要求 查表得 支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷为 3 75kN NKFal22501075 3 6 0 3 alcKFF 4 46 故支柱绝缘子满足动稳定要求 条件选择 由及地下土壤温度为 25 由于一条电缆不能AI83630 m1 1C o 满组该车间电流 所以采用双电缆向该车间供电 查表选 3 条截面为 的电缆 其 2 240mm309573193IAIal 五 选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护五 选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护 1 高压断路器的操动机构控制与信号回路 12 断路器采用手力操动机构 其控制与信号回路如图 6 1 所示 WC 控制小母线 WL 灯光指示小母线 WF 闪光信号小母线 WS 信 号小母线 WAS 事故音响小母线 WO 合闸小母线 SA 控制开关 KO 合 闸接触器 YO 合闸线圈 YR 跳闸线圈 KA 保护装置 QF1 6 断路器辅助 触电 GN 绿色指示灯 RD 红色指示灯 ON 合闸 OFF 跳闸 12 34 56 78 9 10 WS WO WAS WO KO KO YO SA QF WF WL WC WC OFF ON GN RD KA QF QF KO YR 21 3 4 56 图 6 1 电磁操动的断路器控制与信号回路 3 变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜 装设三相有功电度表和无功电度表 分别 计量全厂消耗的有功电能和无功电能 并据以计算每月车间的平均功率因数 计量柜由上级供电部门加封和管理 4 变电所的测量和绝缘监察回路 13 图 6 2 10kV 线路测量和计量仪表的原理电路 变电所高压侧装有电压互感器 避雷器柜 其中电压骨干其为 3 个 JDZJ 10 型 组成 开口三角 的结线 用以实现电压测量和绝缘监察 其 00YY 结线图见图 6 2 作为备用电源的高压联络线上 装有三相有功电度表 三相无功电度表和 电流表 结线图见图 6 3 高压进线上 亦装有电流表 A TA1 PA1PJ PA2 PJ PA3 PJ TA2 TA3 B C WVaWVbWVcWVn PJ PJ PJ 图 6 3 380V 线路测量和计量仪表的原理电路 低压侧的动力出线上 均装有有功电度表和无功电度表 低压照明线路上 装有三相四线有功电度表 低压并联电容器组线路上 装有无功电度表 每一 回路均装有电流表 低压母线装有电压表 仪表的准确度等级按规范要求 每 一回路均装有电流表 低压母线装有电压表 仪表的准确度等级按规范要求 5 在对供电可靠性要求较高的变配电所中 通常采用两路及以上的电源 进线 或互为备用 或一为主电源 另一为备用电源 备用电源自动投入装置 就是当主电源线路中发生故障而断电时 能自动而且迅速将备用电源投入运行 以确保供电可靠性的装置 简称 APD 六 车间变电所的防雷保护和接地装置的设计 1 防雷保护 1 直击雷的过电压保护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带 并引出两根接地线与变电所公共接地 装置相连 如变电所的主变压器装设在室外或露天配电装置时 则应在变电所 14 外面的适当位置装设独立避雷针 其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变 电所 如果变电所处在其它建筑物的直击雷防护范围内时 则可不另设独立避 雷针 按规定 独立避雷针的接地装置接地电阻 通常采用 3 6 根长 10ER 的钢管 在装设避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列 管间m5 2mm50 距离 打入地下 管顶距地面 接地管间用的镀锌扁钢焊m5m6 0mmmm 440 接相连 引下线用的镀锌扁钢 下与接地体焊接相连 并与装避雷mmmm 425 针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接 上与避雷针焊接相连 避雷针采用 的镀锌圆钢 长 1 1 5m 独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装mm20 置应有 3m 以上距离 2 雷电侵入波的防护 在 10kV 电源进线的终端杆上装设 FS4 10 型阀式避雷器 引下线采用 25mm 4mm 的镀锌扁钢 下与公共接地网焊接相连 上与避雷针接地端螺栓连 接 在 10kV 高压配电室内装设有 GG 1A F 54 型开关柜 其中配有 FS4 10 型避雷器 靠近主变压器 主变压器主要靠避雷器来保护 防护雷电 侵入波的危害 在 380V 低压架空出线杆上 装设保护间隙 或将其绝缘子的铁脚接地 用以防护沿低压架空线侵入波的雷电波 2 接地装置 由资料得车间变压器容量为 630kVA 电压为 10 0 4kV